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21asfalto 0357 artigo ibp0357 14 final

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IBP357_14
DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO EXPEDITO PARA
AVALIAÇÃO DA IMPRIMAÇÃO BETUMINOSA DE RODOVIAS
Fernando D. Almeida, Sérgio A. R. L. Filho2, Suelly H. A. Barroso3,
Juceline B. S. Bastos4
Copyright 2014, Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis - IBP
Este Trabalho Técnico foi preparado para apresentação no 21º Encontro de Asfalto, realizado nos dias 12 a 14 de maio de 2014, no Rio
de Janeiro. Este Trabalho Técnico foi selecionado para apresentação pelo Comitê Técnico do evento, seguindo as informações contidas
na sinopse submetida pelo(s) autor(es). O conteúdo do Trabalho Técnico, como apresentado, não foi revisado pelo IBP. Os organizadores
não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, não necessariamente reflete as opiniões do Instituto
Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis, seus Associados e Representantes. É de conhecimento e aprovação do(s) autor(es) que
este Trabalho Técnico seja publicado nos Anais do 21º Encontro de Asfalto.
Resumo
A imprimação betuminosa é o resultado da aplicação de um ligante sobre a base de um pavimento com a finalidade de
promover uma maior aderência com o revestimento asfáltico. No Brasil, para serviços de imprimação, geralmente utiliza-se
o Asfalto Diluído de Cura Média (CM-30) que é constituído de uma mistura de cimento asfáltico de petróleo e querosene.
Nos países desenvolvidos existe uma maior restrição na utilização do CM-30 na imprimação. Essa restrição se dá por ele
ser considerado poluente ao meio ambiente devido à própria manipulação do material betuminoso, bem como a emissão de
Hidrocarbonetos Orgânicos Voláteis (VOC’s). Existem poucos trabalhos publicados sobre imprimação betuminosa, no
Brasil e no mundo, destacando-se a necessidade de se desenvolver estudos sobre o desempenho de ligantes alternativos que
venham, no futuro, substituir o CM-30. No Brasil, a seleção de novos ligantes em laboratório, para verificação da
penetração da imprimação betuminosa, envolve um processo exaustivo de preparação de Corpos de Prova (CPs) que
demanda muito tempo. Para cada variável a ser testada (tipo e taxa de ligante, tipo de solo, energia de compactação, taxa de
irrigação prévia, etc) são moldados pelo menos três CPs, para cada teor de umidade, compactados usando-se cilindros
miniatura (50×50) ou Marshall modificado (100×50). O presente trabalho propõe uma metodologia simplificada para
avaliação preliminar da imprimação de ligantes alternativos visando reduzir o tempo e a quantidade de amostra. Para tanto,
foram moldados corpos de prova em cápsulas de 43 mm de diâmetro e 22 mm de altura em uma amostra de solo arenoso,
usando-se o ligante convencional do tipo CM-30. A moldagem foi realizada utilizando-se um coesímetro para a
compactação do solo na cápsula. Verificou-se que o método proposto pode ser uma técnica simples, rápida e econômica
para avaliação preliminar da penetração da imprimação betuminosa e pode contribuir para a seleção prévia de ligantes
alternativos.
Abstract
Bituminous prime coat is the result of the application of binder on the base layer of a pavement in order to promote greater
adherence to the surface. In Brasil, it is traditionally used CM-30 during the prime coat, but this material has kerosene as
diluent of the Petroleum Asphalt Cement (CAP). In developed countries there is a major constraint on the use of the CM-30
primer. This restriction occurs because it is considered polluting to the environment due to proper handling of bituminous
material, as well as the emission of Volatile Organic Hydrocarbons (VOC's). There are few published studies on
bituminous primer, in Brazil and in the world highlighting the need to develop studies on the performance of alternative
ligands that may in the future replace the CM-30. In Brazil, the selection of new binders in the laboratory to verify the
penetration of bituminous priming, involves an exhaustive preparation of the Samples (CPs) which is very time consuming.
For every variable to be tested (binder type and rate, soil type, compaction, irrigation rate prior, etc.) are shaped at least
three CPs for every moisture content, compacted using miniature cylinders (50 × 50) or modified Marshall (100 × 50). This
paper proposes a methodology for expeditious evaluation of priming alternative binders to reduce the time and amount of
sample. Therefore, test samples were molded in capsules 43mm in diameter and 22mm in height in a sample of sandy soil,
using the conventional binder type CM-30. The molding was performed using a coesimetro for compaction the soil in the
capsule. It was found that the proposed method can be a simple, fast and inexpensive evaluation of the penetration of
bituminous priming and can contribute to the previous selection of alternative binders.
______________________________
Graduado, Tecnólogo em Estradas - Universidade Federal do Ceará (UFC/PETRAN)
2
Mestrando, Químico Industrial - Universidade Federal do Ceará (UFC/PETRAN)
3
Professora Associada - Universidade Federal do Ceará/Programa de Pós-Graduação em Engenharia
de Transportes (UFC/PETRAN)
4
Doutoranda, Tecnóloga em Estradas - Universidade Federal do Ceará (UFC/PETRAN)
21º Encontro de Asfalto
1. Introdução
O sistema viário brasileiro é muito extenso, segundo o último relatório do Sistema Nacional de Viação (SNVDNIT, 2013), e compreende uma malha de 1.691.163,8 km. Entretanto, cerca de 80% dessa malha é composta por rodovias
não pavimentadas com 73% desse total sendo representada por vias municipais. Essas vias são chamadas, normalmente, de
Rodovias de Baixo Volume de Tráfego (RBVT) e possuem um importante papel no cenário econômico e social.
É pelas RBVTs que é escoado o maior volume da produção agrícola do país, mas, por muitas vezes, elas não
possuem condições de trafegabilidade favoráveis. O mau estado das rodovias encarece os produtos, desanimam os
produtores e atrasam o crescimento do Brasil, além de dificultar o acesso das pessoas aos serviços básicos como, por
exemplo, educação e saúde.
A melhoria da pavimentação nesse tipo de rodovia esbarra na aprovação do estudo de viabilidade econômica que
se torna difícil de ser explicado em função do baixo volume de tráfego registrado. Sendo assim, torna-se um desafio para os
projetistas e construtores de estradas desenvolverem soluções técnicas adequadas com poucos recursos disponíveis.
Bastos (2013) ao analisar e dimensionar estruturas de pavimentos flexíveis relata que em RBVT é comum a
indicação de soluções de revestimento com espessuras reduzidas e com pouca ou nenhuma função estrutural, o que leva as
camadas de base a suportarem quase que totalmente todos os esforços provenientes do tráfego. Rabêlo (2006) ressalta que
por esse motivo é exigida que a base possua uma forte ligação com o revestimento, atributo esse que deve ser fornecido
pela imprimação.
Estudos desenvolvidos por Villibor, Nogami e Fabbri (1989) concluíram que os pavimentos executados com bases
de solos lateríticos e imprimados com asfalto diluído do tipo CM-30, só funcionam adequadamente quando o ligante
utilizado na imprimação alcança penetrações da ordem de 4 a 13 mm. Segundo esses pesquisadores, se a penetração da
imprimação for reduzida o ligante utilizado se deposita sobre a superfície imprimada, podendo ocasionar exsudação do
revestimento. Esse defeito, além de resultar no escorregamento entre o revestimento e a base, também diminui a aderência
entre os pneus dos veículos e a pista de rolamento. Por outro lado, se a penetração do ligante for excessiva pode ocorrer o
desprendimento do revestimento devido à falta de aderência entre este e a base, ou o cravamento do agregado da capa de
rolamento nessa camada.
Conforme consultado na bibliografia, alguns dos problemas encontrados em pavimentos de baixo volume de
tráfego podem ser ocasionados pela má execução da imprimação betuminosa, por exemplo: a exsudação no revestimento
que pode ser causada pela aplicação em base com excesso de umidade ou pelo excesso de ligante; o cravamento do
agregado na base, causado pela quantidade insuficiente de ligante, etc. A evolução desses problemas podem gerar
desprendimento de agregados, arrancamento, escorregamento do revestimento e buracos no pavimento que podem
comprometer a sua funcionalidade.
Para imprimação betuminosa no Brasil, geralmente utiliza-se o Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) do tipo CM-30
(Asfalto Diluído de Cura Média) que é constituído de uma mistura de CAP (Cimento Asfáltico de Petróleo) e querosene.
Essa mistura libera compostos orgânicos voláteis e é capaz de contaminar o solo e reservas de água devido ao seu
escoamento. Tem-se verificado em países desenvolvidos uma maior restrição na utilização do asfalto diluído na
imprimação, por ele ser considerado poluente ao meio ambiente devido à própria manipulação do material betuminoso,
bem como a emissão de Hidrocarbonetos Orgânicos Voláteis (VOC’s).
Devido à importância do emprego da imprimação betuminosa em rodovias e das vantagens inerentes ao processo
da pavimentação asfáltica é necessário buscar novas alternativas para que seu emprego não ocasione tantos impactos
ambientais. Logo, torna-se relevante a busca por novos materiais que visem minimizar os efeitos de agressão do ADP ao
meio ambiente. Existe ainda a necessidade de estudos que atestem o desempenho dessas novas alternativas em diferentes
tipos de bases granulares. Verifica-se que os métodos de avaliação de novos ligantes demandam uma enorme quantidade de
amostras e esforço de laboratório na etapa inicial de testes. Sendo assim, acredita-se que existe a carência de um método de
avaliação rápido e de baixo custo que utilize uma quantidade reduzida de material para testes preliminares com novos
ligantes. Diante deste contexto, o objetivo da presente pesquisa é propor uma metodologia simplificada, e preliminar, para
avaliação da imprimação de ligantes alternativos visando reduzir o tempo e a quantidade de amostra.
2. Considerações sobre Imprimação
Segundo a especificação ES 144/2012 (DNIT), a imprimação consiste na aplicação de material asfáltico sobre uma
superfície de base concluída, antes da execução de um revestimento asfáltico qualquer. Ela promove a aderência entre a
base e o revestimento, impermeabiliza a base e fornece coesão superficial.
Rabêlo (2006) cita o trabalho de Dantas de 1959 que relata que a imprimação é uma etapa na construção de
revestimentos betuminosos, executada sobre bases permeáveis, tendo basicamente três funções:
2
21º Encontro de Asfalto
a) aumentar a coesão da superfície superior da base até a profundidade próxima de 10 mm, a ela incorporando
todo material fino que não possa ser eliminado pela varredura, de modo a tornar uma superfície lisa, polida e
completamente isenta de pó;
b) permitir, pelo amolecimento do material betuminoso usado, seja pela ação do calor ou pela ação de solventes,
uma ligação com a camada do revestimento;
c) proteger a base da ação da água que porventura possa atravessar o revestimento.
Ishai e Livneh (1984) ressaltam que a mútua ligação criada pela imprimação contribui para a adesão interfacial,
para maior eficiência no entrosamento do sistema constituído pelas duas camadas e para a melhoria da capacidade
estrutural do pavimento. Observa-se que em muitos estudos a penetração do ligante na base é uma condição essencial para
que haja a melhoria na qualidade da base imprimada.
2.1. Principais Fatores que Podem Interferir na Qualidade da Imprimação
Nogami, Villibor e Fabbri (1989) constataram que onde a penetração da imprimação com CM-30, para o caso de
SAFL (Solo Arenoso Fino Laterítico), atingiu valores superiores a 15 mm ocorria em alguns locais o desprendimento da
camada de rolamento devido à falta de aderência entre o revestimento e a base e/ou o cravamento do agregado do
revestimento nesta camada. Já onde a penetração da imprimação alcançou valores inferiores a 3 mm ocorria, na maior parte
dos casos, a exsudação do revestimento. Rabêlo (2006) considerou como desempenho satisfatório da imprimação
betuminosa aquele pavimento no qual a penetração média da imprimação foi de 4 a 10 mm.
Castro (2003) ao investigar o desempenho de pavimentos de algumas cidades dos estados do Paraná e do Espírito
Santo, executados em revestimento antipó sobre bases de saibros imprimadas com emulsão de óleo de xisto, concluiu que
somente nos pontos onde a imprimação alcançou valores de penetração no intervalo entre 4 a 13 mm o pavimento
apresentou bom desempenho.
Já Duque Neto (2004) atestou que pavimentos executados com bases de misturas de solo imprimadas com
emulsão de óleo de xisto apresentaram desempenho satisfatório para pavimentos com a penetração da imprimação fora do
intervalo de 4 a 13 mm proposto por Castro (2003). Percebe-se que essas controvérsias entre os autores citados é fruto das
diferentes condições vivenciadas por cada um deles.
Nogami, Villibor e Fabbri (1989) destacam ainda outros fatores que interferem na penetração da imprimação
betuminosa: tipo e taxa de ligante; teor de umidade de compactação; massa específica aparente seca máxima; tipo de solo;
umidade do solo no momento da imprimação e irrigação prévia da superfície.
Contudo, diante das experiências apresentadas pelos pesquisadores citados verifica-se que a qualidade da
imprimação está associada à concentração residual de asfalto no topo da base e que estas variam também de acordo com as
características de cada solo estudado.
2.2. Diferentes Processos de Execução dos Ensaios de Imprimação em Laboratório
2.2.1. Ensaio Adaptado por Rabêlo (2006)
Rabêlo (2006) realizou os ensaios de imprimação, para determinação da penetração da imprimação betuminosa em
solos compactados, adaptando a metodologia proposta em Villibor (1981). Ele utilizou o cilindro Marshall, com diâmetro
de 10 cm e altura de 5,7 cm (alterada) em vez do cilindro miniatura (de diâmetro e altura iguais a 5 cm) usado no método
MCT (Miniatura, Compactado, Tropical). Outra modificação do ensaio realizada, em relação à metodologia proposta por
Villibor (1981), foi a não parafinagem dos corpos de prova, por entender-se que as perdas de umidade do mesmo seriam
mínimas, dado o acréscimo das dimensões do cilindro de compactação utilizado.
Rabêlo (2006) fabricou um disco espaçador com um ressalto na parte central para criar um rebaixo na parte
superior do Corpo de Prova (CP) após a compactação. O rebaixo criado no CP teve por finalidade propiciar a aplicação do
ligante betuminoso. As características do cilindro e do soquete usado para realizar a compactação dos CPs, bem como os
demais parâmetros utilizados nos ensaios de compactação realizados por Rabêlo (2006) estão resumidos na Tabela 1. Esse
autor ao avaliar os resultados dos ensaios de imprimação através da adaptação do molde convencional para o cilindro
Marshall, tendo em vista a realização de ensaios com solos granulares, realizou o peneiramento do solo na peneira 3/8”,
com o propósito de que fossem evitadas distorções nos ensaios de imprimação, face à possibilidade da ocorrência de
superfícies mal acabadas na depressão dos corpos de provas.
O autor mencionado utilizou os seguintes equipamentos para a execução dos ensaios de imprimação: vassoura
para limpeza prévia da superfície a ser imprimada; seringa descartável para aplicação da água da irrigação prévia e do
ligante betuminoso; relógio de pulso para controle do tempo decorrido entre a irrigação prévia e o início da aplicação do
ligante betuminoso; paquímetro ou régua de alumínio com divisões em milímetros para medição das penetrações; régua
biselada para partição dos corpos de prova; estufa para aquecimento dos ligantes e termômetro para controle da temperatura
de aplicação dos ligantes betuminosos.
3
21º Encontro de Asfalto
Tabela 1 - Características das ferramentas e dos parâmetros utilizados nos ensaios de compactação
Características
Peso do soquete (kg)
Altura de queda (cm)
Número de camadas
Número de golpes por camada
Diâmetro médio (cm)
Altura média do CP (cm)
Altura do rebaixo (cm)
Diâmetro do rebaixo (cm)
Energia (Kg.cm/cm³)
Cilindro Marshall
4,54
45,72
1,00
28,00
10,10
5,70
0,42
4,95
12,71
2.2.2. Ensaios Realizados em Cilindros Mini-Proctor
Duque Neto (2004) e Castro (2003) optaram pelo uso da metodologia de Villibor (1981), acrescida de algumas
adaptações. No caso do tempo de ruptura do ligante, ambos adotaram um tempo de espera de 48 horas para cura dos corpos
de prova. Para o preparo das amostras foi primeiramente realizado a homogeneização das porções de material e
acondicionamento em câmara úmida por 24 horas.
Em seguida, as amostras foram submetidas ao ensaio de compactação no compactador MCT, usando-se a energia
intermediária (12 golpes do soquete pesado). Na parte superior do corpo de prova foi colocada uma peça denominada
“macho” que cria um ressalto no corpo de prova que se destina à aplicação posterior do ligante asfáltico.
Outro cuidado tomado é a não parafinagem das faces laterais e no fundo dos corpos de prova, conforme a
metodologia Villibor (1981), visto que as perdas de umidade abaixo da superfície da região imprimada e no meio do corpo
de prova não ocorrem de forma acentuada nas 24 horas após a moldagem dos corpos de prova.
3. Materiais e Métodos
3.1. Solo
Nesta pesquisa foi utilizado um solo coletado na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF) no município de
Caucaia. Optou-se por se trabalhar com uma amostra de solo arenoso, cuja localização geográfica é 3°44'27,00" Sul e
38°45'00,10" Oeste.
3.1.1. Ensaios Realizados com o Solo
O solo coletado foi caracterizado de acordo com a norma ME-041/94 do DNER. A amostra de solo foi seca,
destorroada e quarteada, a fim de promover sua melhor homogeneização, sendo posteriormente submetida aos ensaios
descritos na Tabela 2.
Tabela 2 - Ensaios realizados com os solos e suas respectivas normas
Ensaios
Solos – Análise Granulométrica por Sedimentação
Solos – Determinação da Densidade Real
Solos – Determinação do Limite de Liquidez
Solos – Determinação do Limite de Plasticidade
Solos – Compactação no Cilindro Proctor
Solos – CBR e Expansão
Solos – Módulo de Resiliência
Normas
DNER-ME 051/94
DNER-ME 093/94
DNER-ME 122/94
DNER-ME 082/94
DNER-ME 162/94
DNER-ME 049/94
Método COPPE/UFRJ
3.2. Escolha do Material Betuminoso
O material betuminoso utilizado nos ensaios de imprimação foi o CM-30. O asfalto diluído CM-30 foi escolhido
por ser, no momento, o único material asfáltico comercialmente disponível para imprimação no estado do Ceará. O asfalto
diluído CM-30 foi aplicado após um leve aquecimento, a 50°C, para atingir a viscosidade de 20 a 60 segundos “SayboltFurol”, recomendada pela norma técnica DNER-ME ES-306/97.
4
21º Encontro de Asfalto
3.2.1. Caracterização do Ligante
Para caracterização do ADP CM-30 foram realizados os ensaios descritos na Tabela 3.
Tabela 3 - Ensaios e normas para caracterização do CM-30
Ensaios
Ensaio de Penetração
Viscosidade Cinemática
Ponto de fulgor
Normas
ASTM D5
ASTM E102
ASTM D92
3.3. Ensaios de Imprimação
Para a realização dos ensaios de imprimação foi proposto um método simplificado para avaliação preliminar da
imprimação betuminosa visando reduzir o tempo e a quantidade de amostra. Esse método será melhor descrito no item 4.4,
tendo em vista que o desenvolvimento do mesmo faz parte dos resultados do presente trabalho. Foram moldados, para um
mesmo solo arenoso, corpos de prova em dois diferentes moldes: (i) cápsulas de 43 mm de diâmetro e 22 mm de altura e
(ii) no cilindro Marshall conforme metodologia recomendada por Rabêlo (2006).
Foram preparados três corpos de prova para cada ponto analisado, com a finalidade de se obter uma média
aritmética das penetrações obtidas, utilizando-se a taxa de aplicação de 1,2 L/m² para o CM-30. Os testes foram realizados
em três diferentes teores de umidade do solo: umidade ótima de compactação menos 2% (hot-2), umidade ótima (hot) e
umidade ótima mais 2% (hot+2), para os dois métodos comparados, conforme esquema mostrado no organograma da
Figura 1.
Figura 1 - Esquema de determinação da taxa de imprimação usada na pesquisa
Para a análise do solo, ao todo, foram moldados 9 corpos de prova Marshall e 9 cápsulas, sendo três CP’s por teor
de umidade para a taxa de imprimação de 1,2 L/m² que é a mais utilizada usualmente em serviços rodoviários de
imprimação betuminosa.
4. Apresentação e Discussão de Resultados
Nos itens que se seguem são apresentados os resultados da classificação TRB (Transportation Research Board) do
solo e algumas de suas propriedades, além dos resultados dos ensaios de caracterização do material betuminoso utilizado na
pesquisa. Posteriormente, são apresentados os resultados dos ensaios de imprimação, em função do teor de umidade, para
CPs moldados através do método da cápsula, desenvolvido, e do Marshall.
4.1. Resultados da Caracterização do Solo
Os resultados dos ensaios de granulometria e da classificação TRB do solo podem ser vistos na Tabela 4.
Percebeu-se que a amostra utilizada possui uma granulometria fina, com 89% das partículas do solo passando na peneira de
abertura nominal igual a 2 mm.
Os resultados do ensaio de limite de liquidez e índice de plasticidade do solo mostraram que o mesmo se
caracteriza como não líquido e não plástico. Já a densidade real, ou massa específica dos sólidos, do solo arenoso ensaiado
apresentou resultado de 2,48 g/cm³, valor típico para solos da Região Metropolitana de Fortaleza.
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21º Encontro de Asfalto
Tabela 4 - Granulometria e classificação TRB do solo investigado
Granulometria
Amostras
2”
1”
3/8”
Nº 4
Nº 10
Nº 40
Nº 200
% < 0,05 mm
% < 0,002 mm
TRB
Solo arenoso
100
100
100
99
89
58
36
25
16
A-2-4
4.2. Resultados das Propriedades Mecânicas do Solo
4.2.1. Compactação
O resultado do ensaio de compactação da amostra de solo pode ser visualizado na Figura 2. De acordo com essa
figura, o solo estudado apresentou umidade ótima (hot) de 9,2% e a massa específica aparente seca máxima (MEAS) de
1,728 g/cm³.
Massa Específica Seca (g/cm3)
Figura 2 - Curva de compactação do solo ensaiado
1,80
1,75
1,70
1,65
1,60
1,55
1,50
5
6
7
8
9
10
Umidade ( % )
Solo Arenoso
11
12
13
14
4.2.2. CBR e Expansão
A amostra apresentou um baixo valor de expansão (0,05%). Verificou-se que este valor atende aos limites
estabelecidos pelo DER/CE, menores de 0,5%, indicando que esse material pode ser aplicado em camadas granulares de
base de pavimentos rodoviários à luz da propriedade da expansão. O valor de CBR de 39,5%, indica que o solo arenoso
estudado pode ser utilizado como sub-base ou como base de RBVT.
4.2.3. Módulo de Resiliência (MR)
Bastos (2013) realizou o ensaio de MR (ver resultado na Tabela 5) da amostra estudada nesta pesquisa. O corpo de
prova foi moldado por compactação dinâmica, em 10 camadas, em cilindro tripartido, de 10 cm de diâmetro por 20 cm de
altura. Esse ensaio foi realizado no Laboratório de Mecânica dos Pavimentos (LMP) da Universidade Federal do Ceará
(UFC).
A escolha de um modelo que descreva, com a maior fidelidade possível, o comportamento resiliente de um solo é
de fundamental importância para a avaliação correta da deformabilidade do material. Adotou-se o valor do coeficiente de
determinação (R2) obtido dos modelos testados como critério para a medida de cada um deles na representação da variação
do MR com o estado de tensão. As Equações de 1 a 5 ilustram os modelos que foram testados. Já a Tabela 5, mostra as
equações de MR e coeficientes de determinação para a amostra de solo submetida ao ensaio triaxial dinâmico.
6
21º Encontro de Asfalto
MR = . σ
MR= .θk2
MR=
MR=
MR =
(1)
(2)
k2
.σd
.σ
(3)
.σ
.P .
θ
P
(4)
.
P
+1
(5)
Tabela 5 - Equações do MR e coeficientes de determinação para a amostra de solo
Equação
1
2
3
4
5
MR Wót (MPa)
597,9.σ30,252
373,0.θ 0,196
355,1.σd 0,088
680,2.σ30,460.σd-0,209
197,1.θ 0,640. τoct -0,399
R²
0,57
0,37
0,11
0,81
0,76
MRMédio
298
Com o resultado apresentado na Tabela 5 foi possível perceber que o modelo composto, representado pela
Equação (4), seguido do modelo universal não linear, representado pela Equação (5), foram os que apresentaram melhor
capacidade de representação do comportamento resiliente da amostra estudada.
4.3. Resultados da Caracterização do Material Betuminoso
Os ensaios realizados no Asfalto Diluído de Petróleo do tipo CM-30 foram realizados no laboratório do fabricante
que cedeu o referido ADP e os resultados estão apresentados na Tabela 6. Pode-se observar que o ADP fornecido atende a
todos os requisitos da norma DNIT 128/2010, sendo apropriado para aplicação em serviços de imprimação.
Tabela 6 - Resultados da caracterização do asfalto diluído de petróleo do tipo CM-30
Características
Viscosidade Cinemática a 60ºC
Ponto de fulgor (°C)
Destilado a 225°C (% volume)
Destilado a 260°C (% volume)
Destilado a 316°C (% volume)
Resíduo a 360°C por diferença (% volume)
Água por destilação (% volume)
Viscosidade a 60ºC no resíduo da destilação
Solub. no Tricloroetileno no resíduo da destilação (%)
Ductibilidade 15,5°C no resíduo da destilação (cm)
Métodos
D2170
D3143
D402
D402
D402
D402
D95
D2171
D2042
D113
Resultados
55,4
41
19,5
50
82,9
59
<0,05
695
100
150
4.4. Descrição do Ensaio de Imprimação Desenvolvido - Método da Cápsula
4.4.1. Compactação dos Corpos de Prova para a Imprimação
Para o desenvolvimento do método simplificado de laboratório, intitulado Método da Cápsula, cujo objetivo foi
avaliar a penetração da imprimação betuminosa, realizaram-se moldagens dos corpos de prova em cápsulas de 43 mm de
diâmetro e 22 mm de altura. Para tanto, utilizou-se um solo de natureza arenosa. Em cada cápsula foi colocada 45g de
material, e em seguida foi feita a compactação utilizando-se um coesímetro. No entanto, como o êmbolo do coesímetro não
cobria toda a superfície do solo na cápsula, foi necessário utilizar uma cápsula ligeiramente menor, para auxiliar na
moldagem (ver Figura 3).
7
21º Encontro de Asfalto
Figura 3 - Detalhe da moldagem do solo nas cápsulas
Foram realizadas diversas tentativas para que o grau de compactação do CP moldado na cápsula atingisse 100%
em relação ao CP Marshall moldado na energia intermediária, mas por limitação do coesímetro e pelo método utilizar uma
técnica de prensagem ao invés de percussão, como no Marshall, chegou-se a um grau de compactação de 85%, em média, o
que resultou em maiores penetrações do CM-30. Esse resultado foi considerado satisfatório, tendo em vista que o objetivo
do desenvolvimento deste novo método é servir para avaliação preliminar da imprimação betuminosa em diferentes tipos
de bases granulares, bem como para selecionar novos ligantes alternativos.
Quando se realizam os ensaios de laboratório em cilindro Marshall, percebe-se que a verificação da penetração da
imprimação betuminosa envolve um processo exaustivo de preparação de corpos de prova que demanda muito tempo.
Muitas vezes não há sequer penetração do ligante betuminoso e os corpos de prova são descartados. Sendo assim, a ideia
defendida aqui é que o método da cápsula seja realizado antes do método Marshall para pré-selecionar materiais que
possam ser melhor investigados para serem aplicados em serviços de imprimação betuminosa.
4.4.2. Ensaio de Imprimação - Método da Cápsula
A realização do ensaio pelo Método da Cápsula desenvolvido se deu da seguinte forma: (a) finalizada a moldagem
dos corpos de prova, estes foram mantidos à temperatura ambiente até perderem no mínimo cerca de 50% do teor de
umidade; (b) varreram-se os corpos de prova para eliminação do pó superficial, irrigando-os com água à taxa de 0,5 L/m²;
(c) após 15 minutos da irrigação, foram imprimados com ADP CM-30 à taxa de 1,2 L/m² e mantidos à sombra, pelo
período de 72 horas e (d) para a determinação da medida da penetração foram efetuadas 5 leituras ao longo do sentido
diametral do corpo de prova, considerando-se como o valor da penetração a média destas leituras. As taxas de irrigação
prévia e do ligante aplicado foram controladas através da massa, visando minimizar possíveis interferências causadas por
erros na operação. Para o melhor entendimento do procedimento, os passos citados estão ilustrados na Figura 4.
Figura 4 - Detalhamento da sequência do ensaio de imprimação pelo Método da Cápsula
4.5. Comparação dos Resultados dos Ensaios de Imprimação das Cápsulas × Marshall
Os resultados comparativos entre o método Marshall, adaptado por Rabêlo (2006), e o método proposto, postulado
como Método da Cápsula, é apresentado na Figura 5. Essa comparação tem por objetivo estabelecer uma relação entre as
penetrações obtidas nas mesmas condições de umidade e taxa de aplicação do ligante para os dois métodos investigados.
8
21º Encontro de Asfalto
Figura 5 - Resultados da penetração da imprimação para os dois métodos testados (Marshall × Cápsula)
16,0
Penetração (mm)
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
7,2
9,2
Teor de umidade (%)
Marshall
Cápsula
11,2
Analisando-se a Figura 5, verificou-se que as penetrações na cápsula foram maiores do que as obtidas no cilindro
Marshall. Isso se deve ao fato do grau de compactação obtido na cápsula não ser de 100%. Conforme relatado
anteriormente, atingiu-se um grau de compactação, em média, de 85% no Método das Cápsulas, o que não invalidou os
resultados obtidos, pois os mesmos encontram-se dentro de limites satisfatórios, descritos na literatura pesquisada, e servem
para ter ideia se houve a penetração de uma dado ligante para um certo tipo de base granular.
Considera-se o processo aqui elaborado bastante promissor para análise preliminar da penetração da imprimação
betuminosa em diferentes tipos de bases granulares e novos ligantes que venham a ser desenvolvidos em laboratório.
Ressalte-se, ainda, que a aplicação do torque oferecido pelo coesímetro não foi o suficiente para realizar compactações na
Cápsula para energias maiores, por uma questão de limitação do próprio aparelho.
Sabe-se ainda que há uma tendência das penetrações de laboratório serem menores do que as penetrações que
ocorrem no campo, pois o processo de aplicação do ligante no campo é por pressão e a do laboratório é por derramamento.
Sendo assim, o método Marshall em laboratório tende a fornecer resultados menores aqueles obtidos no campo.
Outro ponto positivo é que os ensaios realizados nas cápsulas foram mais rápidos. Como se utiliza uma quantidade
reduzida de material, esta técnica mostrou-se excelente para se testar novos ligantes e/ou bases granulares. Observou-se,
ainda, que as diferenças de penetração foram, praticamente, constantes. Para as três umidades testadas, o Método da
Cápsula apresentou uma penetração, em torno de 8 mm maior, superior ao do Método Marshall.
Observou-se que valores menores de umidades resultaram em penetrações do ligante maiores e essas diminuíram à
medida que o teor de umidade foi maior, mostrando o quanto a umidade é determinante para a penetração do ligante, ainda
que essa esteja dentro dos limites aceitos pela norma (mais ou menos 2% de variação em torno da umidade ótima).
Os ensaios utilizando o Método da Cápsula se mostraram mais rápidos do ponto de vista da cura dos corpos de
prova, tanto após a moldagem como após a imprimação, otimizando assim o ensaio de imprimação betuminosa. Pode-se
observar o emprego de uma menor quantidade de material e diminuição do esforço do operador. O espalhamento do ligante
também foi mais rápido, devido à área da superfície de aplicação ser menor, facilitando assim a operação e possibilitando a
aplicação do ligante em todos os corpos de prova sem que houvesse variação significativa na temperatura do ligante. O
desmolde do corpo de prova da Cápsula foi de fácil execução, pois a cápsula é maleável ajudando assim no descolamento
do corpo de prova.
5. Conclusões
No Brasil, a seleção de novos ligantes em laboratório, para verificação da penetração da imprimação betuminosa,
envolve um processo exaustivo de preparação de CPs que demanda muito tempo. Para cada variável a ser testada (tipo e
taxa de ligante, tipo de solo, energia de compactação, taxa de irrigação prévia, etc) são moldados pelo menos três CPs, para
cada teor de umidade, compactados usando-se cilindros miniatura (50×50) ou Marshall modificado (100×50). O trabalho
aqui apresentado resultou no desenvolvimento de uma metodologia simplificada para avaliação preliminar da imprimação
betuminosa de ligantes alternativos visando reduzir o tempo, o esforço do operador e a quantidade de amostra.
As penetrações medidas no Método da Cápsula foram maiores do que as obtidas no cilindro Marshall, mas ficaram
dentro dos limites descritos, na literatura pesquisada, como aceitáveis. Esse resultado é atribuído ao fato do grau de
compactação obtido no Método da Cápsula não ter atingido 100%, o que permitiu uma maior passagem do ligante asfáltico.
9
21º Encontro de Asfalto
Sendo assim, a base arenosa testada apresentou um índice de vazios maior, tornando-se mais aberta em comparação à
compactação obtida no cilindro Marshall.
Foi conseguido um grau de compactação, em média, de 85%, isso para uma energia de compactação intermediária
utilizada na moldagem Marshall. Acredita-se que esse resultado não invalidou os resultados obtidos, já que o método pode
ser aplicado para realizar a avaliação prévia da penetração da imprimação e as diferenças de penetração obtidas foram
constantes para todos os teores de umidade investigados. Outro fator favorável ao presente estudo é saber que as
penetrações de campo são sempre maiores do que aquelas obtidas em laboratório em função do processo de aplicação ser
por pressão.
Tendo em vista todos os resultados obtidos a partir da realização do experimento no universo do presente estudo,
conclui-se que o método proposto das cápsulas pode ser uma técnica simples, rápida e econômica para avaliação preliminar
da penetração da imprimação betuminosa e pode contribuir para a seleção prévia de ligantes alternativos.
6. Agradecimentos
Os autores agradecem ao Laboratório de Mecânica dos Pavimentos (LMP/DET/UFC) pelo apoio operacional
concedido e a todas as pessoas envolvidas na construção desse trabalho, fornecimento e coleta de materiais e apoio
operacional nos ensaios realizados.
7. Referências
BASTOS, J.B.S. (2013). Estudo da influência da variação da umidade no comportamento de pavimentos da região
metropolitana de Fortaleza, Dissertação de M. Sc., Programa de Mestrado em Engenharia de Transportes, Universidade
Federal do Ceará, Fortaleza, CE, 187 fl.
CASTRO, C.A.A. (2003). Estudo da técnica de anti-pó com emulsão de xisto em pavimentos para baixo volume de tráfego.
Tese de M.Sc., Programa de Engenharia Civil, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil.
DUQUE NETO, F. S. (2004) Proposição de metodologia para escolha de solo e dosagem de antipó com emulsão de xisto.
Dissertação de M. Sc. Programa de Engenharia Civil, COOPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil.
ESTATÍSTICAS. Disponível em <http://www.abcr.org.br/Conteudo/Secao/43/estatisticas.aspx> - Acesso em 18 maio
2013, às 21h 18min.
IPECE
–
Instituto
de
Pesquisa
e
Estratégia
Econômica
do
Ceará.
Disponível
em
<http://www.ipece.ce.gov.br/cipp/indicadores-socioeconomicos-cipp> - Acesso em 23 set 2013, às 09h 00min.
ISHAI, I. e LIVNEH, M. (1984) “Functional and Structural Role of Prime Coat in Asphalt”. Proceedings, The Association
of Asphalt Paving Technologists, Vol. 53, Scottsdale, AZ.
NOGAMI, J. S.; D. F. VILLIBOR; G. T. P. FABBRI. (1989). Imprimadura asfáltica em bases de solo arenoso fino
laterítico. Anais da XV Reunião Anual de Pavimentação. Florianópolis.
RABÊLO, A. N. (2006). Contribuição ao estudo da imprimação betuminosa das bases rodoviárias do Estado do Ceará.
Dissertação de Mestrado, Programa de Mestrado em Engenharia de Transportes, Universidade Federal do Ceará,
Fortaleza, CE, 204 fl.
VASCONCELOS, M. A. G. (2009). Primeiro estudo da aplicação de biodiesel como material alternativo para a
imprimação betuminosa de pavimentos rodoviários. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Federal do Ceará,
Fortaleza, CE.
TERMINOLOGIAS Rodoviárias usualmente utilizadas. Disponível em <http://www.dnit.gov.br/rodovias/rodoviasfederais/terminologias-rodoviarias> - Acessos em 22 set 2013, às 21h 27min.
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